fpga的电梯控制器的设计
随着现代科技的迅速发展，电梯已经成了大家生活中不可缺少的一部分了，电梯最开始只出现在一些大型的公共场所，但是如今不同了，如今生活中电梯随处可见，电梯在生活中给人们带来了极大的便捷，尤其是高层建筑，电梯更是显得尤为重要。当然，因为社会的不断发展，需求也不断提高。人们对电梯的要求也越来越高，不仅需要节能环保，而且也朝着智能化的趋势发展了。本设计将采用FPGA开发板来实现对电梯的控制，硬件描述语言采用的是VHDL语言，对六层电梯控制程序进行编写，语法相对来说是简单易懂的，移植性也比较好。QuartusⅡ9.1是此次设计的开发环境，通过这些条件，最终来实现电梯的基本功能，其基本功能包括了：电梯上升和下降的指示灯，电梯楼层数的显示，电梯的开关门，对楼层请求进行响应，将通过对程序的调试，以及运行仿真来得到其结果。
Keywords: FPGA; Elevator; QuartusII; VHDL 目 录
1. 绪论 1
1.1 课题的背景和意义 1
1.2 国内外发展现状 1
1.3 课题的研究思路及方法 2
2. QuartusⅡ及VHDL语言的介绍 4
2.1 QuartusⅡ开发平台介绍 4
2.2 VHDL语言的简介 5
3. 电梯运行过程分析 7
3.1 电梯控制器的工作原理 7
3.2 电梯控制器的总体方案 7
3.2 电梯控制器的运行流程 8
4. 电梯控制器硬件设计 9
4.1 硬件的总体设计 9
4.2 主要电路模块设计 9
4.2.1 FPGA芯片介绍 9
4.2.2 系统电源的设计 10
4.2.3 按键电路设计 11
4.2.4 数码管显示电路 12
4.2.5 下载电路的设计 13
5. 电梯控制器的软件设计 14
5.1 软件的总体设计 14
5.2 软件功能模块的具体实现 16
5.2.1 时钟分频模块 16
5.2.2 按键处理模块 17
5.2.3 电梯运行模块 18
5.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
2.4 数码管显示模块 19
6. 调试 20
6.1 软件调试 20
6.1.1 仿真分析 20
6.1.2 软件的编译及下载 21
6.2 结果的分析 23
6. 结论 26
参考文献 27
附录1：程序清单 28
附录2：开发板电路总图 54
附录3：按键处理控制模块电路设计 55
附录4：电梯运行控制模块电路设计 56
附录5：数码管显示模块电路设计 57
致 谢 58
1. 绪论
1.1 课题的背景和意义
随着时代的进步，科技的发展，在近几年当中，电梯也变得越来越重要。为了使电梯发挥更大的作用，让电梯更好地为大家服务，各种新的电梯技术也在不断地发展起来。现如今，电梯己经融入到大家的生活、工作和学习当中。因此，电梯的可靠性，安全性，舒适性，快速性，准确性，显得特别重要。为了确保电梯能够正常运行、安全使用，一般电梯都是由专业的管理人员进行维修。为了使维修人员做到对电梯的正确使用、管理及维护，维修人员必须对电梯原理，性能，特点，控制，运行要全面认识和掌握。根据我国有关部门的规定，电梯作业属于特种作业，其作业人员必须经过专门培训，并经理论考试和实践考核合格后，发给《特种作业操作证》方可上岗操作。同时，对电梯操作人员定期考核，让他们定期参加安全技术学习，扎扎实实地做好电梯维护和保养工作，才能使人们平安长久的使用电梯。电梯控制系统相对来说还是属于比较复杂的控制系统．在电梯运行时，其要同时接收和处理几百个信号。因为用户对电梯的要求越来越高。其响应电梯的控制方式也需要不断的提高。随着EDA技术的发展速度之快。基于FPGA的控制现在已经广泛的应用在电梯的设计与控制以及其他的一些方面。
1.2 国内外发展现状
在科学技术迅速发展的年代，城市中的高楼大厦越建越多，因此电梯显得格外重要，电梯是这些高楼大厦不可或缺的东西。电梯在现代建筑物内担任着十分重要的角色，电梯是现代建筑中的主要运输工具。一个国家，从电梯需求总量就能够看出其经济增长速度之快。在全球经济都在持续低迷的时候，我国的国民经济仍然是以较高的速度在持续的增长当中，城市化水平也在不断的提高。这就是之所以中国电梯行业繁荣的原因，现在中国已经成为世界上最大的电梯市场。从上世纪80年代开始，国家的经济建设就一直处于持续的，不断的发展的阶段，因此我国对电梯需求量也在不断增大。从总的趋势来看是上升的，2004年的电梯总产量已经超过了8万台，而且到目前为止，已然没有减速的迹象。1949年新中国成立以来，我国在电梯的生产和安装上其总量已经达到六十多万台。尽管如此，电梯仍旧没有达到饱和的程度。直到2005，年产量已达到约十三万左右，这个数据和1980的对比起来，这二十五年中增加了59倍，平均每年增长17.8%。由于我国在电梯市场的需求很大，所以为电梯行业的发展提供了一个广阔的舞台。
我国在电梯方面，其生产能力已经变得非常强大。因为中国电梯市场的蓬勃发展，因此吸引了来自世界各地著名的电梯公司，如三菱，奥的斯，日立，富士达，蒂森，东芝等来自全世界的投资公司，他们在我们国家所占的市场份额已经高达74％。就目前来看，只要是市场需要的电梯产品，在我国的电梯行业基本上都能够生产，不仅替代了进口，有的产品还是拿来出口的。我国生产的电梯质量非常好，成本也相对比较低，因为这些优势，很多的国内外客户都慕名而来，因此为国产的电梯进入国际市场提供了一个良好的平台。
电梯控制器也属于机电一体化的研究范畴，它涉及到许多方面，包括：电力电子技术，机械工程，电机与拖动理论，电力拖动自动控制系统，电子技术，自动控制理论，计算机技术，工程和其他科学领域。
从近100多年来看，我国在电梯方面的发展经历可以划分为以下几个阶段:1、起初是对国外的电梯进行销售，安装，维护 (19001949年)，在这个时期，国产电梯数量只有差不多1100台左右;2、通过自身的努力，艰苦研制，生产阶段(19501979年)，在这一阶段，已经生产并安装了大概1万台电梯;3、建立了三资企业，电梯发展最快的阶段(从1980年到现在)，这个时期总共生产安装电梯大概有40万台的样子。就目前来看，我国的电梯市场是世界上最大的。中国电梯市场仍有很大的发展潜力的。到2002年，中国电梯已经超过了6万台。因为时代的发展需要，电梯市场的需求一直都很大。住宅产业对电梯的需要也逐渐增长，因而为电梯的发展提供了一个很好的机会。
1.3 课题的研究思路及方法
本课题是对一个电梯控制器系统进行研究，采用FPGA来实现对6层的电梯的控制。我们能够利用状态机来进行实现。首先必须指示出电梯所在楼层的位置，等待其他请求信号。通过仿真来验证其正确与否，并在板上调试硬件。
实现电梯的控制可以用许多方法实现的，继电器逻辑控制电路是比较简单的，而且直观，但是其缺点是通用性很差，由于其用了很多的继电器组成的，因此导致接线非常复杂，还比较容易发生一些故障。后来随着时代的发展，它逐渐被可编程序控制器以及微机控制系统代替了。
Keywords: FPGA; Elevator; QuartusII; VHDL 目 录
1. 绪论 1
1.1 课题的背景和意义 1
1.2 国内外发展现状 1
1.3 课题的研究思路及方法 2
2. QuartusⅡ及VHDL语言的介绍 4
2.1 QuartusⅡ开发平台介绍 4
2.2 VHDL语言的简介 5
3. 电梯运行过程分析 7
3.1 电梯控制器的工作原理 7
3.2 电梯控制器的总体方案 7
3.2 电梯控制器的运行流程 8
4. 电梯控制器硬件设计 9
4.1 硬件的总体设计 9
4.2 主要电路模块设计 9
4.2.1 FPGA芯片介绍 9
4.2.2 系统电源的设计 10
4.2.3 按键电路设计 11
4.2.4 数码管显示电路 12
4.2.5 下载电路的设计 13
5. 电梯控制器的软件设计 14
5.1 软件的总体设计 14
5.2 软件功能模块的具体实现 16
5.2.1 时钟分频模块 16
5.2.2 按键处理模块 17
5.2.3 电梯运行模块 18
5.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
2.4 数码管显示模块 19
6. 调试 20
6.1 软件调试 20
6.1.1 仿真分析 20
6.1.2 软件的编译及下载 21
6.2 结果的分析 23
6. 结论 26
参考文献 27
附录1：程序清单 28
附录2：开发板电路总图 54
附录3：按键处理控制模块电路设计 55
附录4：电梯运行控制模块电路设计 56
附录5：数码管显示模块电路设计 57
致 谢 58
1. 绪论
1.1 课题的背景和意义
随着时代的进步，科技的发展，在近几年当中，电梯也变得越来越重要。为了使电梯发挥更大的作用，让电梯更好地为大家服务，各种新的电梯技术也在不断地发展起来。现如今，电梯己经融入到大家的生活、工作和学习当中。因此，电梯的可靠性，安全性，舒适性，快速性，准确性，显得特别重要。为了确保电梯能够正常运行、安全使用，一般电梯都是由专业的管理人员进行维修。为了使维修人员做到对电梯的正确使用、管理及维护，维修人员必须对电梯原理，性能，特点，控制，运行要全面认识和掌握。根据我国有关部门的规定，电梯作业属于特种作业，其作业人员必须经过专门培训，并经理论考试和实践考核合格后，发给《特种作业操作证》方可上岗操作。同时，对电梯操作人员定期考核，让他们定期参加安全技术学习，扎扎实实地做好电梯维护和保养工作，才能使人们平安长久的使用电梯。电梯控制系统相对来说还是属于比较复杂的控制系统．在电梯运行时，其要同时接收和处理几百个信号。因为用户对电梯的要求越来越高。其响应电梯的控制方式也需要不断的提高。随着EDA技术的发展速度之快。基于FPGA的控制现在已经广泛的应用在电梯的设计与控制以及其他的一些方面。
1.2 国内外发展现状
在科学技术迅速发展的年代，城市中的高楼大厦越建越多，因此电梯显得格外重要，电梯是这些高楼大厦不可或缺的东西。电梯在现代建筑物内担任着十分重要的角色，电梯是现代建筑中的主要运输工具。一个国家，从电梯需求总量就能够看出其经济增长速度之快。在全球经济都在持续低迷的时候，我国的国民经济仍然是以较高的速度在持续的增长当中，城市化水平也在不断的提高。这就是之所以中国电梯行业繁荣的原因，现在中国已经成为世界上最大的电梯市场。从上世纪80年代开始，国家的经济建设就一直处于持续的，不断的发展的阶段，因此我国对电梯需求量也在不断增大。从总的趋势来看是上升的，2004年的电梯总产量已经超过了8万台，而且到目前为止，已然没有减速的迹象。1949年新中国成立以来，我国在电梯的生产和安装上其总量已经达到六十多万台。尽管如此，电梯仍旧没有达到饱和的程度。直到2005，年产量已达到约十三万左右，这个数据和1980的对比起来，这二十五年中增加了59倍，平均每年增长17.8%。由于我国在电梯市场的需求很大，所以为电梯行业的发展提供了一个广阔的舞台。
我国在电梯方面，其生产能力已经变得非常强大。因为中国电梯市场的蓬勃发展，因此吸引了来自世界各地著名的电梯公司，如三菱，奥的斯，日立，富士达，蒂森，东芝等来自全世界的投资公司，他们在我们国家所占的市场份额已经高达74％。就目前来看，只要是市场需要的电梯产品，在我国的电梯行业基本上都能够生产，不仅替代了进口，有的产品还是拿来出口的。我国生产的电梯质量非常好，成本也相对比较低，因为这些优势，很多的国内外客户都慕名而来，因此为国产的电梯进入国际市场提供了一个良好的平台。
电梯控制器也属于机电一体化的研究范畴，它涉及到许多方面，包括：电力电子技术，机械工程，电机与拖动理论，电力拖动自动控制系统，电子技术，自动控制理论，计算机技术，工程和其他科学领域。
从近100多年来看，我国在电梯方面的发展经历可以划分为以下几个阶段:1、起初是对国外的电梯进行销售，安装，维护 (19001949年)，在这个时期，国产电梯数量只有差不多1100台左右;2、通过自身的努力，艰苦研制，生产阶段(19501979年)，在这一阶段，已经生产并安装了大概1万台电梯;3、建立了三资企业，电梯发展最快的阶段(从1980年到现在)，这个时期总共生产安装电梯大概有40万台的样子。就目前来看，我国的电梯市场是世界上最大的。中国电梯市场仍有很大的发展潜力的。到2002年，中国电梯已经超过了6万台。因为时代的发展需要，电梯市场的需求一直都很大。住宅产业对电梯的需要也逐渐增长，因而为电梯的发展提供了一个很好的机会。
1.3 课题的研究思路及方法
本课题是对一个电梯控制器系统进行研究，采用FPGA来实现对6层的电梯的控制。我们能够利用状态机来进行实现。首先必须指示出电梯所在楼层的位置，等待其他请求信号。通过仿真来验证其正确与否，并在板上调试硬件。
实现电梯的控制可以用许多方法实现的，继电器逻辑控制电路是比较简单的，而且直观，但是其缺点是通用性很差，由于其用了很多的继电器组成的，因此导致接线非常复杂，还比较容易发生一些故障。后来随着时代的发展，它逐渐被可编程序控制器以及微机控制系统代替了。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/3118.html
